Helligkeitsmessung von Fahrradlampen

4. August 2020

Zur gesamten Lichtmenge die eine Fahrradlampe abgibt, gemessen in Lumen, gibt es kaum Herstellerangaben. Und wenn es denn welche gibt, weiß man nicht, wie verlässlich diese Angaben sind. Interessant wäre es aber schon mal, die abgegebene Gesamtlichtmenge von Fahrradlampen genauer zu vergleichen. Es bleibt also nichts, als selbst zu messen.

(Statt Lichtmenge müsste es physikalisch korrekt eigentlich Lichtstrom heißen. Ich verwende aber im Folgenden weiter den Begriff Lichtmenge, weil dieser Begriff vermutlich eher allgemein verständlich ist, während der Begriff Lichtstrom zu Verwirrung führen könnte.)

Messaufbau zur Lumen-Messung von Fahrradlampen

Die Lichtmenge eines Strahlers in Lumen wird oft mit Hilfe einer sogenannten Ulbricht-Kugel gemessen. Dies ist eine innen diffus reflektierende Hohlkugel, die das Licht einer gerichteten Lichtquelle gleichmäßig auf der Innenseite verteilt. Aus der Beleuchtungsstärke in Lux, die eine Referenzlichtquelle mit bekannter Lichtmenge an der Innenseite erzeugt, kann dann auf die Lichtmenge anderer Lichtquellen geschlossen werden. Glücklicherweise gibt es in diversen Foren die sich mit Taschenlampen beschäftigen auch einige Leute, die schon selbst eine Ulbricht-Kugel gebaut haben und einige Erfahrungen dazu geteilt haben (z.B. hier oder hier). Vielen Dank an dieser Stelle, dass ich von diesen Erfahrungen profitieren konnte und nicht bei Null anfangen musste!

Meine Ulbricht-Kugel besteht aus einer hohlen Styropor-Kugel mit einem Außendurchmesser von 50 cm. Diese habe ich innen mit feinem Sandpapier bearbeitet, um die vorher leicht glänzende Oberfläche möglichst diffus zu machen. Oft wird als Beschichtung auch Bariumsulfat empfohlen. Hier gibt es auch einen Versuch dazu, mit dem Fazit, dass die Unterschiede zu einer unbeschichteten Styropor-Oberfläche gering sind und es zudem unklar ist, ob die Beschichtung nun zu einer Verbesserung oder Verschlechterung geführt hat. Deshalb habe ich auf eine Beschichtung zunächst verzichtet.


Ulbricht-Kugel mit Öffnungen für Fahrradlampe, Referenzlichtquelle und Luxmeter.

Oben ist eine kleine Öffnung für eine Taschenlampe mit gut bekannter Lichtmenge (Fenix E12) als Referenzlichtquelle, sowie eine etwas größere Öffnung für die zu messende Fahrradlampe vorhanden. Seitlich ist eine Öffnung für ein Luxmeter eingelassen. Hier habe ich auf ein professionelles Gossen Mavolux 5032 C USB gesetzt, um zu große Messfehler zu vermeiden. Scheinbar kann man allerdings auch mit günstigeren Luxmetern wie dem in Taschenlampen-Foren oft verwendeten LX1330B brauchbare Ergebnisse erzielen. Hier ein Vergleich von diesem mit einem professionellen Messgerät. Insbesondere die Empfindlichkeit bei verschiedenen Wellenlängen ist bei Luxmetern oft eine Schwäche und bei roten, grünen oder blauen LEDs liefern die billigen Geräte völlig unbrauchbare Ergebnisse. Bei weißen LEDs kommt man i.d.R. aber scheinbar mit Abweichungen <10% weg.


Luxmeter Gossen Mavolux 5032C

Durchführung der Messung

Das Reflexionsverhalten der Kugeloberfläche beeinflusst den gemessenen Lux-Wert sehr stark. Das ist erstmal unproblematisch, da später nur der relative Unterschied zwischen verschiedenen Lampen und zur Referenzlichtquelle eine Rolle spielt. Problematisch ist allerdings die Öffnung für die Fahrradlampe, da je nach Größe und Reflexionsverhalten des Lampenkopfes das Messergebnis nicht unwesentlich beeinflusst wird. Vor einer Messung halte ich daher die zu messende Lampe ausgeschaltet an die Öffnung und decke den nicht benötigten Teil mit Papier ab. Dann wird die Referenzlichtquelle eingeschaltet und der gemessene Luxwert notiert. Je nach eingeführter Lampe liegen die gemessenen Werte trotz identischer Referenzlichtquelle durchaus einige Prozent auseinander. Die als Referenzlichtquelle verwendete Fenix E12 verwende ich dabei im mittleren Modus, der laut Hersteller 50 Lumen abstrahlen soll. Das hat den Vorteil, dass niedrigere Leuchtstufen meist konstanter sind als die höchste, denn hier wird die Leuchtstärke viel stärker vom Ladestand des Akkus und einer eventuellen Erwärmung der Lampe beeinflusst.


Messdurchführung mit Referenzlichtquelle oben und seitlich angeschlossenem Luxmeter.

Im zweiten Schritt wird die Referenzlichtquelle dann ausgeschaltet, aber in der Öffnung gelassen, so hat man für die Messung von Referenzlichtquelle und Fahrradlampe eine identische Beschaffenheit der Kugeloberfläche. Die zu messende Fahrradlampe wird dann eingeschaltet. Die Messung erfolgt erst 30 Sekunden nach dem Einschalten, da eine Erwärmung der LED zu einer etwas nachlassenden Helligkeit führt. Gemessen werden Akkulampen übrigens immer mit vollem Akku. Bei einigen Fahrradlampen kann die Helligkeit bei nicht mehr vollem Akku durchaus messbar abnehmen. Der gemessene Luxwert wird dann zu dem der Referenzlichtquelle ins Verhältnis gesetzt und aus deren bekannten Lichtmenge von 50 Lumen die Lichtmenge der Fahrradlampe berechnet.

Messgenauigkeit

Ich habe einigen Aufwand in meine Messungen gesteckt und bin relativ zuversichtlich, dass meine Messergebnisse einen brauchbaren Vergleich der Lichtmenge verschiedener Fahrradlampen zulassen. Absolut genaue Werte werde ich damit aber selbstverständlich nicht messen.

Zunächst ist die Referenzlichtquelle natürlich eine Fehlerquelle. Ich weiß aus verschiedenen Quellen, dass die Lumen-Angaben von Fenix wohl recht realistisch sind und hier wirklich die aus der Taschenlampe austretende Lichtmenge angegeben wird und nicht wie bei manchen anderen Herstellern die theoretische Lichtmenge der verwendeten LED. Trotzdem sollte man hier schonmal mit Abweichungen von wenigstens einigen Prozent rechnen.

Auch die sicherlich nicht perfekte Lichtverteilung in der Ulbricht-Kugel kann natürlich zu gewissen Abweichungen führen. Wie groß diese sind ist schwer einzuschätzen. Allerdings bin ich hier aufgrund der Tatsache, dass eine Veränderung des Eintrittswinkels des Lichtstrahls nur zu kleinen Veränderungen des Messergebnisses führt relativ zuversichtlich, dass die Messabweichungen nicht dramatisch groß sind.

Und die dritte große Fehlerquelle ist das Luxmeter. Obwohl das verwendete Gossen Mavolux 5032 C USB ein professionelles Messgerät mit einem Neupreis von rund 700 Euro ist, ist hier immer noch ein Gesamtfehler von bis zu 15% angegeben.

Meine Empfehlung ist daher, meine Messergebnisse zum ungefähren Helligkeitsvergleich verschiedener Lampen zu verwenden, dazu sollten diese absolut brauchbar sein. Absolute Präzision kann man allerdings nicht erwarten. Spätestens sobald man Lumen-Angaben aus anderen Quellen hat (seien es nun Messungen von anderen oder Herstellerangaben) ist Vorsicht angebracht. Keinesfalls sind meine Messungen beispielsweise dazu geeignet, einem Hersteller falsche Angaben für seine Lampen vorzuwerfen.

Messergebnisse

Nun zu den Ergebnissen, die ich hier tabellarisch aufliste. Zusätzlich findet ihr die Ergebnisse auch bei den jeweiligen Lampen in den Übersichten für Akku-Fahrradscheinwerfer und Dynamo-Fahrradscheinwerfer.

akkubetriebene Fahrradlampen

Bei Lampen mit mehreren Helligkeitsstufen sind jeweils noch die Helligkeiten der gedimmten Stufen in Klammern mit angegeben.

Fahrradlampe Lichtmenge / Lumen (gedimmte Stufen)
Busch & Müller Ixon Space 436 (377, 301, 214, 167, 116, 90, 58)
Philips Saferide 80 305 (118)
Trelock LS 760 213 (187, 153, 112, 55)
Cateye GVolt70 208 (144, 39)
Cateye GVolt50 195 (47)
Lezyne Hecto Drive Pro 65 192 (137, 95)
Sigma Sport Aura 80 163 (117, 96, 42)
Varta LED Bike Light 161 (103)
Trelock LS 950 157 (132, 97, 64, 27)
AXA Greenline 50 139 (40)
Ixon IQ 127 (31)
Trelock LS 560 137 (114, 77)
Lezyne Hecto Drive 40 131 (76)
CatEye Econom Force HL-EL540G 127 (57)
Sigma Sport Aura 60 122 (62, 42)
Sigma Sport Pava 108 (52)
Sigma Sport Aura 45 99 (32)
AXA Greenline 35 96 (46)
Trelock LS 460 95 (47)
Cateye GVolt25 95 (46)
Litecco Highlux 30 89 (48)
Trelock LS 750 67 (39)
Busch & Müller Ixon Fyre 67 (34)
Sigma Sport Lightster 66
Sigma Sport Roadster 26
Trelock LS 350 23

dynamobetriebene Fahrradlampen

Fahrradlampe Lichtmenge / Lumen (15/20/25 km/h)
angeschlossenes Rücklicht mit ohne
Busch & Müller IQ-X 290 / 295 / 300
Prophete 6071 194 / 199 / 205
Busch & Müller Cyo Premium 167 / 191 / 196
Cyo Premium im Tagfahrmodus 153 / 175 / 179
Herrmans H-Black Pro 136 / 160 / 171 143 / 171 / 183
Busch & Müller IQ-XS 157 / 169 / 176
Herrmans H-Black MR8 166 / 171 / 171
Axa Blueline 50 156 / 163 / 168
Herrmans H-One S 124 / 136 / 145
Büchel Tour 45 121 / 124 / 127
Herrmans H-Black MR4 106 / 115 / 123 106 / 120 / 127
Herrmans H-Flow 89 / 97 / 99
Axa Pico30 83 / 85 / 90
Busch & Müller Avy (30 Lux Version) 70 / 72 / 77
Union UN-4265 72 / 72 / 72

Messergebnisse älterer Messaufbau

Bevor ich den aktuellen Messaufbau verwendet habe, habe ich einen einfacheren Aufbau verwendet. Das Prinzip ist das gleiche, aber statt einer Kugel habe ich einen innen weiß ausgekleideten Karton verwendet. Auch das verwendete Luxmeter (Noname LX1010B), war ein deutlich günstigeres. Hier einige Messergebnisse, die mit diesem Messaufbau entstanden sind, die ich noch nicht in der Ulbricht-Kugel gemessen habe.
Allerdings bin ich recht optimistisch, dass auch diese Werte brauchbar sind. Eine ganze Reihe Lampen habe ich sowohl mit der alten als auch mit der neuen Methode vermessen und Abweichungen von meist wenigen Prozent, maximal 10% festgestellt.


Alter Messaufbau: Lichtbox mit günstigem Luxmeter.

akkubetriebene Fahrradlampen

Bei Lampen mit mehreren Helligkeitsstufen sind jeweils noch die Helligkeiten der gedimmten Stufen in Klammern mit angegeben.

Fahrradlampe Lichtmenge / Lumen (gedimmte Stufen)
Sigma Sport Speedster 155 (121, 65)
Busch & Müller Ixon Core 137 (37)

dynamobetriebene Fahrradlampen

Angegebene Werte jeweils bei 15 / 20 / 25 km/h mit 28 Zoll Rad, mit angeschlossenem Rücklicht.

Fahrradlampe Lichtmenge / Lumen (15/20/25 km/h)
Philips Saferide 60 118/131/139
Trelock LS 885 77/90/108
Busch & Müller IQ2 Eyc 77/90/103
Axa Luxx70 62/82/92
Büchel Secu Sport S 54/59/67
Büchel Secu Evolution S 51/56/59

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